فصل اول
مقدمه

پیشگفتار
میهن ما ایران از لحاظ موقعیت جغرافیایی و شرایط اقلیمی جزء مناطق خشک و نیمه خشک محسوب می گردد و همچون بسیاری از نقاط جهان تنها راه بهره برداری مفید ومطلوبتر از این اراضی پهناور که اکثرا فاقد سیستم زهکشی هستند، با تقویت و احداث سیستم های زهکشی سطحی و زیرزمینی میسر می باشد.
مدل های کامپیوتری بدلیل کاهش هزینه ها و کوتاه کردن مدت زمان دستیابی به نتایج اجرای یک سناریو بر روی یک سیستم، بصورت گسترده ای در علوم مختلف بکار می روند. سیستم های زهکشی معمولا در اراضی نیمه خشک تحت آبیاری برای کنترل شوری و ماندابی شدن خاک نصب می شوند .بدلیل وجود پیچیدگی حرکت آب و انتقال املاح در خاک، مدل های شبیه سازی برای تشریح عملکرد سیستم های مدیریت آب که ممکن است شامل زهکش زیرزمینی، سطحی و آبیاری باشند، به کار می روند .در مناطق مرطوب نیز چون کنترل سطح ایستابی به صورت یک بحران در می آید، داشتن سیستم زهکشی یک ضرورت است. در صورتی که در سایر مناطق اهمیت زهکشی از این نقطه نظر کاهش می یابد. با توجه به این واقعیت که منابع آب زیرزمینی ایران در حدود ۸/٧٧ درصد مصارف شرب، صنعت و کشاورزی را تامین می کند (فضل اولی و همکاران، ۱۳۸۵)، برنامه ریزی و ارائه طرح هایی که موجب استفاده بهینه از منابع آبی موجود و تغذیه آبخوان ها شود، از اولویت ویژه ای برخوردار است. بر این اساس و با توجه به قابلیت زیاد مدل های پیشرفته شبیه سازی آب زیرزمینی با سیستم هیدروژئولوژی آبخوان و امکان استفاده از این مدل ها برای پیش بینی وضعیت آینده، مدل های مذکور شرایط مناسبی را به منظور مدیریت و استفاده بهینه از منابع آب زیرزمینی فراهم آورده اند. بنابراین لازم است که استراتژی های لازم جهت استفاده از آب های سطحی و زیرزمینی جهت رسیدن به کشاورزی پایدار صورت پذیرد. به منظور تهیه استراتژی های موثر در این زمینه در ابتدا لازم است خواص کمی و کیفی منابع آب های سطحی و زیرزمینی موجود درهر منطقه به خوبی شناخته شوند و با توجه به پتانسیل های موجود در منطقه، برنامه ریزی های آینده صورت پذیرد. از دیگر موارد مورد نیاز جهت برنامه ریزی آینده، بررسی اثرات احداث شبکه آبیاری و زهکشی بر رفتار آب های زیر زمینی می باشد. مدل های کامپیوتری امروزه به خوبی می توانند رفتار آب های زیرزمینی را شبیه سازی نمایند (رزاق منش و همکاران، ۱۳۸۵). به دلیل پیچیدگی سیستم های مدیریت آب، مدل های شبیه سازی برای طراحی و تشریح عملکرد این سیستم ها ضروری می باشند.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

برای تبدیل موفق یک مدل مفهومی به یک مدل فیزیکی ، قیاسی یا ریاضی ، وجود داده های پایه ضروریست. این داده ها، اطلاعات مورد نیاز برای حل معادله اساسی را تأمین می کنند. برای تهیه و آماده سازی این داده ها در شبیه سازی آب زیرزمینی، لازم است که از مشخصات فیزیکی آبخوان اطلاعات حتی الامکان دقیق و کافی وجود داشته باشد. در واقع هرچه شناخت ما از آبخوان بیشتر باشد، نتیجه شبیه سازی به واقعیت نزدیکتر خواهد بود (کتیبه و حافظی، ۱۳۸۳).
مدل کیفی آب های زیرزمینی در واقع فرم ریاضی معادلات بیلان و حرکت و انتقال مواد محلول در محیط آب زیر زمینی را نشان می دهد که از تطبیق آن ها با فرض پیوستگی محیط معادلاتی به صورت معادلات دیفرانسیل جزئی نتیجه می شود. این معادلات درنقاط مختلف یک آبخوان نوشته شده و از طریق روش های مختلف، برای مکان ها و زمان های گوناگون، حل می شود (خلقی. ۱۳۸۵).
مدل سازی رایانه ای آب های زیرزمینی از اواخر دهه ۱۹۶۰، بعد از اینکه رایانه ها امکان حل معادلات سنگین و پیچیده عددی را فراهم آوردند، گسترش یافت. از آن زمان تاکنون، مدل سازی رایانه ای آب های زیرزمینی به تبع پیشرفت سریع فناوری رایانه ای، فوق العاده توسعه یافته است (Fetter, 1994 ). استفاده از مدل های رایانه ای آب زیرزمینی در دهه های اخیر به عنوان روشی ارزان و سریع در بررسی چگونگی حرکت، بیلان و مدیریت بهره برداری از آب های زیرزمینی پیشرفت قابل توجهی داشته است. از جمله مدل هایی که دارای قابلیت خوب در مطالعه آب های زیرزمینی می باشد مدل سه بعدی تفاضل محدود مکدونالد و هارباگ به نام Modflow است که در سال ۱۹۹۸ ارائه شده و قابلیت کاربرد در شرایط غیر همگام را دارد. همچنین مدل دیگر برای ارزیابی و طراحی سیستم های مدیریت آب، مدل جامع Drainmod می باشد که توسط اسکگز(۱۹۷۸) ارائه شده است. این مدل در شرایط همگام موقعیت سطح ایستابی را شبیه سازی می کند. سه سال بعد K.D.Konyha و J.E.Parsons این مدل را توسط زبان برنامه نویسی FORTRAN در قالب یک برنامه جمع بندی کرده و تحت عنوان Drainmod ویرایش ۴ ارائه نمودند. مدل اولیه دارای محدودیت هایی بود که از جمله آنها می توان به عدم توانایی مدل در تحلیل میزان محصول تولید شده تحت شرایط مختلف مدیریتی، رعایت حداکثر شیب ۵ درصد و عدم توجه به نشت های افقی و عمودی (عمیق) اشاره کرد. با تکمیل مدل توسط کاندیل (۱۹۹۲) تحت عنوان Drainmod-s مدل علاوه بر شبیه سازی اجزای هیدرولوژیکی توانست نحوه توزیع نمک در خاک، غلظت نمک در آب زهکشی و تاثیر تنش شوری بر عملکرد محصول را پیش بینی کند (رحیمی و کشکولی، ۱۳۸۵). به تدریج این اشکالات توسط افراد مختلف رفع شده و ویرایش های بعدی Drainmod به صورتی کاربرپسند و با قابلیت های بالاتری ارائه شد. لذا در این تحقیق ارزیابی مدل های مذکور در شرایط مزرعه و مقایسه نتایج آن ها با یکدیگر مد نظر قرار گرفت. آزمایش های مزرعه ای به منظور تعیین و بررسی سناریوهای مختلف زهکشی مفید هستند، اما محدودیت های قابل توجهی نیز دارند، مهمترین محدودیت آزمایش های مزرعه ای عبارت است از محدودیت در مکان، زمان و تکرار. کاربرد مدل های شبیه سازی از جمله روش هایی است که محدودیت های عنوان شده را تا حدود زیادی مرتفع می سازد و در صورت دسترسی به داده های اولیه مورد نیاز و مطمئن برای اجرای این مدل ها، می توان به برآوردهای کم و بیش مستند و معتبر دست یافت. اما قبل از کاربرد چنین مدل هایی، درستی نتایج به دست آمده از آن ها باید با بهره گرفتن از نتایج آزمایش های مزرعه ای مورد ارزیابی قرار گیرد. دقت مدل های شبیه سازی تا حد زیادی به دقت داده های مورد نیاز به عنوان ورودی مدل بستگی دارد .در صورتی که این مدل ها به درستی واسنجی گردند، بدون محدودیت های زمانی و مکانی موجود در آزمایش های مزرعه ای می توانند برای ارزیابی سناریوهای مختلف به کار گرفته شوند(منصوری و مصطفی زاده، ۱۳۸۵).

اهداف پژوهش
شبیه سازی نوسانات سطح ایستابی منطقه دهکده سلامی در شیراز و منطقه کوشکک استان فارس با بهره گرفتن از مدل های Drainmod وModflow
مقایسه دو مدل Drainmod و Modflow در شبیه سازی و برآورد نوسانات سطح ایستابی منطقه دهکده سلامی در شیراز و منطقه کوشکک استان فارس
فصل دوم
مروری بر تحقیقات پیشین
۲-۱- پژوهش های انجام شده با مدل Drainmod
رضایی (۱۳۷۲) نوسانات سطح آب زیرزمینی در منطقه کوشکک را با مدل Drainmod ارزیابی کرد. نتایج نشان داد که نتایج مدل با اندازه گیری های دبی زهکشی از هماهنگی خوبی برخوردار بوده و نشانگر دقت زیاد مدل در پیش بینی زه آب خروجی می باشد اما نتایج مدل با اندازه گیری های سطح ایستابی در فصل آبیاری تطابق خوبی ندارد. از جمله علل این قضیه می توان به فرضیات مدل در مورد توزیع رطوبت در نیمرخ خاک، عدم دقت در اندازه گیری آب آبیاری، وجود جریانات افقی در مزرعه و… اشاره نمود.
بورین و همکاران (۲۰۰۰) در ایتالیا عمق سطح ایستابی و حجم آب زهکشی را در مدت ۵ سال اندازه گیری کردند و سپس توسط مدل Drainmod موقعیت سطح ایستابی و حجم آب زهکشی را با بهره گرفتن از سه سری مختلف از داده ها شبیه سازی کردند. این سه سری داده عبارت بودند از :
داده های اندازه گیری شده تخلخل و بافت خاک (در ۳۰ سانتی متر اول خاک) : بر اساس این داده ها منحنی مشخصه از روش بروکس و کوری بدست آمد و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک تخمین زده شد.
داده های اندازه گیری شده بافت و تخلخل خاک تا عمق ۲۰۰ سانتی متری با لایه های ۴۰ سانتی متری : با بهره گرفتن از این داده ها منحنی مشخصه از روش بروکس و کوری بدست آمد و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک تخمین زده شد.
داده های اندازه گیری شده هدایت هیدرولیکی اشباع و منحنی نگهداشت آب برای لایه های مختلف و همچنین محاسبه تخلخل و حجم زهکشی.
نتایج نشان داد که بیشترین ناهماهنگی بین داده های اندازه گیری شده و شبیه سازی شده منحنی مشخصه در تنش های ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ سانتی متری و حداکثر در ۳۰۰ سانتی متری رخ داده و بهترین سازگاری در تنش های زیر ۱۰۰ سانتی متر بوده است. نقطه پژمردگی تخمینی در همه لایه ها به جز در لایه های۸۰ تا ۱۲۰ سانتی متری با مشاهدات همبستگی دارد. حجم زهکشی و سطح ایستابی تخمینی در ۹۰ سانتی متر اول خاک با داده های اندازه گیری شده به هم خیلی نزدیک است و این مربوط به تنش های زیر ۱۰۰ سانتی متر است. در فصل بهار بخاطر ناچیز شمردن تبخیر تعرق بین داده های مشاهده شده و پیش بینی شده ناهماهنگی مشاهده شده و در نهایت چنین نتیجه گیری گردید که اگر مدل برای خاک ناهمگن به کار رود نتایج بهتری بدست خواهد آمد.
ابراهیمیان و لیاقت (۱۳۸۶) مدل Drainmod را در شبیه سازی سطح ایستابی و شدت تخلیه زهکش زیرزمینی در منطقه بهشهر ارزیابی کردند. اعتبار مدل از طریق مقایسه مقادیر واقعی و شبیه سازی شده سطح ایستابی و شدت تخلیه زهکش مورد ارزیابی قرار گرفت . نتایج نشان داد که دقت مدل برای تخمین سطح ایستابی بیشتر از شدت تخلیه زهکش بوده است. مقادیر میانگین انحراف مطلق، خطای استاندارد و ضریب تعیین برای سطح ایستابی به ترتیب برابر ۴/۱۴ سانتی متر، ۷/۱۶ سانتی متر و ۸۹/۰ و برای شدت تخلیه به ترتیب برابر ۴۲/۰ میلی متر در روز، ۶۵/۰ میلی متر در روز و ۷۸/۰ به دست آمد. دقت مدل برای تخمین سطح ایستابی بیشتر از شدت تخلیه بوده است که این مقادیر برای دو پارامتر سطح ایستابی و شدت تخلیه زهکش در محدوده نتایج دیگران بوده است(تحقیقات Skaggs (1980) مقدار RMSE برای سطح ایستابی را بین ۵/۷ تا ۵/۱۴ سانتی متر نشان می دهد). در نهایت مشخص شد که مدل برای شبیه سازی طولانی مدت و برنامه ریزی مدیریت سطح ایستابی تحت شرایط معتدل منطقه بهشهر می تواند مفید می باشد.
آذر نوش (۱۳۸۳) نوسانات سطح ایستابی در منطقه طرح توسعه نیشکر واحد میرزا کوچک خان خوزستان را به کمک مدل Drainmod و شبکه عصبی مصنوعی شبیه سازی کرد. وی متوسط قدرمطلق خطا و ریشه مجذور خطا به ترتیب ۱۴/۱۳ و ۱۴/۱۸ سانتی متر برای مدل Drainmod و ۶۱/۸ و ۶۲/۱۰ سانتی متر برای مدل شبکه عصبی مصنوعی را به دست آورد. مقایسه نتایج به دست آمده نشان داد که مدل شبکه عصبی مصنوعی با تعداد داده کمتر و سرعت بیشتر، همان نتایج را با کمی دقت بهتر ارائه می دهد.
رحیمی و کشکولی (۱۳۸۵) اثر منطقه غیر اشباع خاک بر نوسانات سطح ایستابی در شرایط نیمه خشک خوزستان را با مدل Drainmodبررسی و مدل را ارزیابی کردند. با تجزیه و تحلیل آماری مقادیر مشاهداتی و پیش بینی شده توسط مدل، معلوم شد که این مدل علاوه بر طراحی برای ارزیابی شبکه های زهکشی ساخته شده هم می تواند بکار رود. ارزیابی مدل با محاسبه میانگین انحرافات مطلق (A.D.)^[1] و خطاهای استاندارد (S.E.)^[2] برای مقادیر مشاهداتی و پیش بینی شده نوسانات سطح ایستابی در بین زهکش ها و شدت خروجی زهکش ها صورت پذیرفت. روند تغییرات سطح ایستابی در فواصل بین زهکش های موجود خوب شبیه سازی شده و ناهماهنگی ناچیز در اثر خطاهای اندازه گیری وجود داشته است.
سانایی و همکاران (۲۰۰۶) مدل Drainmod را برای پیش بینی سطح ایستابی در مزارع تحت آبیاری دره جردن فلسطین اشغالی به کار بردند. در این منطقه میوه موز کاشته شده بود و از آبیاری قطره ای برای آبیاری مزارع استفاده گردید. زهکش های زیرزمینی با عمق ۵/۲متر و فواصل ۱۶۰ متر از هم قرار داشتند . عمق سطح ایستابی با نصب ۱۰۰ پیزومتر قرائت گردید. از بین ۵ منطقه تنها در یک منطقه هماهنگی بین مشاهدات و پیش بینی وجود داشت. این عدم هماهنگی با سه دلیل بیان شد:
شیب ۶/۴ درصد زمین به سمت رودخانه .
شنی بودن لایه نفوذ پذیر زیر عمق زهکش ها .
نفوذ عمقی و جانبی زیاد که بیش از ۵۰ درصد آبیاری سالانه بود.
در نهایت به این نتیجه رسیدند که مدل برای شبیه سازی سطح ایستابی این منطقه مناسب نبوده و این به دلیل موقعیت مزرعه، نیمرخ خاک و هیدرولوژی دره جردن می باشد و مناطق یکنواخت مسطح جهت ارزیابی توسط مدل پیشنهاد می گردد.
نبی سیچانی و سپاسخواه (۲۰۱۱) مدل Drainmodرا برای تخمین سطح ایستابی و دبی زهکشی با بهره گرفتن از مقادیر مختلف هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (Ks) به کار بردند. این مقادیر شامل : Ks بدست آمده از داده های سیستم زهکشی ، Ks بدست آمده از روش پورشه معمولی ، Ks بدست آمده از روش پورشه اشباع و Ks از معادله تجربی توسط سپاسخواه و رضایی (۱۹۹۸) می باشد. نتایج نشان داد که اگر در مدل از روش پورشه اشباع بجای پورشه معمولی استفاده شود ، مقادیر تخمینی سطح ایستابی و دبی زهکشی به واقعیت نزدیک تر است.
حسن پور و همکاران (۱۳۸۹) در مطالعه ای در اراضی شالیزار با زهکش های سطحی مدل Drainmod را برای شبیه سازی نوسانات سطح ایستابی مورد استفاده قرار دادند. این تحقیق در اراضی شالیزار با زهکش های سطحی به فاصله ۲ متر و عمق ۱۵ سانتی متر و بدون زهکش در قالب کرت هایی به اندازه ۴ در ۱۰ متر با کشت کلزا و در طول یک فصل رویش در موسسه تحقیقات برنج گیلان انجام شد. نتایج نشان داد که مدل روند نوسانات سطح ایستابی را به خوبی برآورد کرده و ارزیابی های انجام شده در برآورد روزانه سطح ایستابی حکایت از آن داشت که ریشه متوسط مربع خطا در حدود ۸ سانتی متر است.
سمیع پور و همکاران (۱۳۸۹) مدل های SWAP و Drainmod را به منظور تعیین عمق و فاصله بهینه زهکش ها بر اساس بیشترین عملکرد محصول و کمترین مقدار خروجی زه آب ارزیابی کردند. نتایج نشان داد که هر دو مدل نتایج نسبتا رضایت بخشی را ارائه داده و با بهره گرفتن از آن ها و با هدف حداکثر کردن تولید محصول و کاهش آب زهکشی، فاصله و عمق زهکش ها طراحی گردید. همچنین مشخص شد که مدل SWAP نوسانات سطح ایستابی را بهتر شبیه سازی کرده است که این امر احتمالا به دلیل انعطاف پذیری بیشتر این مدل در انتخاب شرایط مرزی مختلف بوده است. شرایط مرزی بالا برای هر دو مدل یکسان فرض شده است (بارندگی، آبیاری و تبخیر تعرق محاسبه شده با روش پنمن –مانتیث). اما شرط مرزی پایین برای دو مدل یکسان فرض نشده است و این امر به دلیل نقص مدل در لحاظ کردن شرط مرزی پایین می باشد (در مدل Drainmodفرض می شود که تمام آب در نیمرخ خاک باقی می ماند و نشتی از لایه مرزی پایین صورت نمی گیرد و تنها در صورتی نشت عمودی محسوس فرض می شود که یک سفره آب محصور در لایه مرزی پایین وجود داشته باشد).
Yang (2008) مدل Drainmodرا برای بر آورد نوسانات سطح ایستابی در مزارع نیشکر کشور استرالیا استفاده نمود و مطابقت خوبی بین مقادیر مشاهده شده و پیش بینی شده طی بررسی ۲ ساله با خطای حدود ۰۷/۰ متر مشاهده نمود. طبق این ارزیابی داده های ورودی خاک و تبخیر تعرق بر عملکرد مدل بیشترین تاثیر را دارد.
Foussو همکاران (۱۹۸۷) با بهره گرفتن از مدل Drainmodاقدام به شبیه سازی زهکشی زیر زمینی منطقه می‌سی‌سی‌پی کردند. مقایسه ارقام واقعی و محاسبه شده از مدل نشان داد که برای متغیرهایی نظیر عمق آب زیر زمینی (و نه ارتفاع سطح ایستابی)، حجم رواناب‌ها و کمیت زه آب، همبستگی مناسب‌تری طی سال‌های مرطوب نسبت به سال‌های خشک دارند. در سال‌های خشک، به دلیل کمتر برآورد کردن میزان تبخیر و تعرق، مقادیر رواناب سطحی و حجم آب زهکشی، بیشتر از آنچه که باید، برآورد می‌گردد.
Singh و همکاران (۲۰۰۶) به ضریب همبستگی ۸۹/۰ بین مقادیر مشاهده شده و پیش بینی شده زهکشی زیرزمینی سالانه توسط مدل Drainmod در منطقه آیوا رسیدند. مقادیر تجمعی زهکشی زیر زمینی پیش بینی شده توسط مدل طی سال های ۱۹۹۰ تا ۲۰۰۳ به میزان ۲ درصد بیشتر از مقادیر مشاهده شده برآورد شد. همچنینSingh و همکاران(۲۰۰۷) در یک دوره ۶۰ ساله به مقایسه زهکشی آزاد و کنترل شده در منطقه مذکور پرداختند و نتایج این تحقیق نشان داد که هنگامی که از زهکشی کنترل شده و کم عمق استفاده می شود، میزان رواناب افزایش یافته و میزان زهکشی زیرزمینی کاهش می یابد. استفاده از زهکش کم عمق و کنترل شده موجب تنش ماندابی بر گیاه شده و عملکرد محصول را کاهش می دهد.
نظری و همکاران (۱۳۸۷) در مطالعه ای به کمک قابلیت های مدل Drainmod-s در شبیه سازی عملکرد سیستم زهکشی، عملکرد محصول نیشکر و بار نمک زهاب، اثر عمق زهکش بر کار آیی اقتصادی و زیست محیطی سیستم زهکشی امیر کبیر را مورد بررسی قرار دادند. در این مطالعه ملاحظات زیست محیطی حاصل از اعماق نصب مختلف در زهکش ها، در قالب بار نمک زهاب خروجی از زهکش های زیرزمینی تعریف شده است زیرا این پارامتر مهمترین فاکتور تعیین کننده میزان آلودگی و تخریب محیط زیست توسط زهاب می باشد. تلفیق پیامد اقتصادی عمق زهکش (عملکرد نیشکر) و پیامد زیست محیطی آن (بار نمک زهاب) در قالب مفهوم بهره وری هزینه زیست محیطی (بهره وری آبی که برای رقیق سازی زهاب تا حد کیفی قابل قبول لازم است) انجام گرفته است. مفهوم بهره وری ارائه شده در این مطالعه (بهره وری هزینه ز یست محیطی) صرفا برای تلفیق اثرات اقتصادی و ز یست محیطی عمق نصب زهکش ها ارائه شده است. پس از محاسبه بهره وری آب در هر عمق، رابطه عمق زهکش و بهره وری آب بر اساس نتایج مدل استخراج شده است. در ادامه به کمک نرم افزار بهینه سازی LINGO عمق بهینه زهکش ها با هدف بیشینه سازی بهره وری آب تعیین شده است. در این مطالعه عمق آب زیرزمینی مربوط به وسط بین دو زهکش می باشد. مقایسه مقادیر عمق آب زیرزمینی اندازه گیری شده و پیش بینی شده نشان داد که میانگین انحراف مطلق و خطای استاندارد به ترتیب برابر ۵/۲۲ و ۵/۲۹ سانتی متر بدست آمده است. در این مطالعه از مدل Drainmod در شبیه سازی سیستم زهکشی در عمق ها ی مختلف زهکش (از عمق ۱۰۰ سانتی متر تا عمق ۲۵۰ سانتی متر) استفاده شده است .نتیجه این شبیه سازی ها استخراج روابط عمق زهکش – عملکرد گیاه نیشکر و عمق زهکش – بار نمک زهاب بوده است. این روابط برای تعیین عمق بهینه زهکش ها مورد استفاده قرار گرفته اند. از عمق ۱۰۰ سانتی متری تا عمق ۱۵۰ سانتی متری با افزایش عمق زهکش ها عملکرد نیشکر تغییر چندانی نداشته است. همچنین از عمق ۱۸۰سانتی متری تا عمق ۲۱۰ سانتی متری با افزا یش عمق نصب زهکش ها عملکرد نیشکر افزایش یافته است. نتایج نشان می دهد که همواره افزایش عمق نصب زهکش موجب افزایش یکنواخت عملکرد گیاه نخواهد شد .همچنین مشخص شد که عمق نصب زهکش در منطقه مورد مطالعه بایستی از حد کنونی آن (۲متر) به ۵/۱ متر کاهش داده شود و با افزایش عمق زهکش، نمک خروجی از زهکش ها افز ایش می یابد ولی روند افزا یش خطی نیست و با توجه به اهمیت موضوع، انجام مطالعات مزرعه ای جامع در این خصوص ضروری است.
Wang و همکاران (۲۰۰۶) از مدل Drainmod برای پیش بینی عملکرد گیاه در زمین های با فواصل مختلف زهکشی استفاده کردند. در این مطالعه دو گیاه ذرت و سویا و چهار فاصله زهکشی (۵ و۱۰و ۲۰و۴۰ متر) در یک دوره ۱۵ ساله مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که مدل کارآیی خوبی در پیش بینی محصول هر دو گیاه داشته است. محققین در این مطالعه برای طراحی فواصل زهکش ها درجهت دستیابی به عملکرد مطلوب گیاه، برتری مطالعات و شبیه سازی بلند مدت و چندساله را به مطالعات کوتاه مدت اعلام داشته اند. همچنین محققین در این مطالعه به این مسئله اشاره کرده اند که هرچند سیستم زهکشی مصنوعی برای دفع آب اضافی و ایجاد محیط مناسب برای رشد گیاه طراحی و اجرا می شود، اما زهکشی بیش از حد، به ویژه در دوره های حساس رشد گیاه، منجر به کاهش عملکرد گیاه و افزایش میزان تخلیه نیترات خواهد شد.
Hornbuckle و همکاران(۲۰۰۷) سیستم زهکشی چند عمقی را برای بهسازی کیفیت آب زهکشی ارزیابی کردند. در این مطالعه سیستم زهکشی سنتی تک عمقی با سیستم زهکشی چند عمقی مقایسه شده است . نتایج این مطالعات نشان داده است که سیستم زهکشی چند عمقی، ماندابی را بهتر کنترل کرده و بدون اینکه افزایشی در تخلیه نمک ایجاد نماید، آبشویی بهتری نسبت به سیستم تک عمقی داشته است. از طرف دیگر شوری زهاب در زهکش های کم عمق نسبت به زهکش های عمیق بسیار کمتر بوده است ( ۷/۴ در مقابل ۷/۳۱ دسی زیمنس بر متر) و ترکیب زهکش های کم عمق و عمیق می تواند گزینه بسیار مناسبی برای مدیریت دفع زهاب باشد. به عبارتی در سیستم های زهکشی چند عمقی می توان در فصولی از سال که شوری زهاب مسئله ساز است، زهکشی را محدود به زهکش های کم عمق کرد و در خاک از شستشوی زیادی نمک جلوگیری کرد. در فصول دیگر که شوری زهاب کمتر مسئله ساز است از ترکیب زهکش های عمیق و کم عمق استفاده کرد .
یاری و همکاران (۱۳۸۷) در یک تحقیق کاربرد مدل Drainmod را در طراحی و پایش سیستم های زهکشی اراضی فاریاب کشت و صنعت غزالی خوزستان بررسی کردند. مدل جهت شبیه سازی اعماق سطح ایستابی در نقطه میانی بین زهکش ها، رواناب سطحی، تلفات آب، تعداد روزهای خشک و مرطوب و میزان زهکشی تحت فواصل زهکشی و خصوصیات خاک مختلف استفاده شد.در شبیه سازی ها، داده های اقلیمی که برای طراحی سیستم زهکشی در حالت ماندگار استفاده شده بود، لحاظ گردید. در مناطق مختلف، شبیه سازی بر اساس خصوصیات خاک و فواصل زهکشی آن منطقه انجام شد. فواصل زهکشی شبیه سازی شده با فواصل زهکشی اجرا شده در منطقه تطابق خوبی داشته است به گونه ای که مدل می تواند برای پایش سیستم های زهکشی زیرزمینی یا تکمیل طراحی ماندگار در منطقه خوزستان که سطح ایستابی به صورت مصنوعی و به واسطه آبیاری صعود نموده و در عمق نسبتا کمی قرار دارد، به کار رود.
لذا تنها مسیر انتقال و عبور آب درمنطقه می باشند که باعث ایجاد سفره های گسلی گردیده اند. همچنین به این نتیجه رسیدند که عملکرد مدل در مراحل واسنجی دارای ۹۸ درصد
۲-۲- پژوهش های انجام شده با مدل Modflow
کتیبه و حافظی (۱۳۸۳) سطح آب های زیرزمینی دشت آب باریک بم را با مدل Modflow شبیه سازی و عملکرد طرح تغذیه مصنوعی این دشت را بررسی کردند و نتیجه گرفتند که تغذیه مصنوعی آبخوان به روش پخش سیلاب موجب افزوده شدن سالیانه ۶/۱۲ میلیون متر مکعب آب به ذخیره آبخوان شده است. علی رغم تغذیه مصنوعی، به واسطه برداشت بی رویه، روند افت کماکان ادامه داشته به گونه ای که تا اسفند ماه ۱۳۸۳ میزان افت نسبت به سال مبنا تا ۱۸ متر خواهد بود. روند کاهش ذخیره و افت سطح ایستابی آبخوان آب باریک بم خصوصا طی سال های دهه ۱۳۶۰ و پس از آن چشمگیر می باشد به طوری که در سال ۱۳۷۸ نسبت به سال ۱۳۵۲ سطح ایستابی آبخوان در بعضی از نقاط تا ۱۶ متر افت نشان می دهد. آن ها همچنین پیشنهاد کردند که با بهره گرفتن از روش های آبیاری قطره ای و تحت فشار مصرف آب کشاورزی را هدفمند کرده و از میزان برداشت از ذخایر آبخوان بکاهند.
محمد خانی و کتیبه (۱۳۸۳) جریان آب زیرزمینی در محدوده معدن سنگ آهن سه چاهون واقع در شرق استان یزد را به کمک نرم افزار Modflow مدل سازی کردند. با توجه به اطلاعات اولیه موجود در مورد زمین شناسی و تکتونیک منطقه مشخص کردند که عامل مهم حضور آب در معدن سنگ آهن سه چاهون وجود زون های خرد شده با ضخامت زیاد می باشد چرا که این زون ها با شیب تقریبی قائم تقریبا تمام پیت معدن را پوشش می دهند. اعتبار است. مطالعات آن ها نشان داد که استفاده از چاه های آبکشی، می تواند گزینه ی مناسبی جهت خشک اندازی معدن باشد، هر چند که مطالعات تکمیلی تر در این ارتباط نیاز است.
رهنما و کاظمی آذر(۱۳۸۵) سطح سفره آب زیرزمینی دشت رفسنجان را با بهره گرفتن از مدل Modflow شبیه سازی نمودند و اثرات افت سطح آب زیرزمینی بر نشست زمین را در این دشت مورد بررسی قرار دادند.
Todd و همکاران) ۲۰۰۱) برای مشخص کردن محدوده تغذیه کننده چاه های آب شرب شهر استروگن بای در ویسکانسین آمریکا، آب های زیرزمینی این منطقه را با نرم افزار Modflow شبیه سازی کردند. ایشان مدل را در دو حالت ماندگار و غیرماندگار اجرا کردند و نهایتا با توجه به نتایج به دست آمده از مدل و مقایسه آن ها با داده های مشاهداتی به این نتیجه رسیدند که برای منطقه مذکور اجرای این مدل در حالت غیر ماندگار، بازتاب بهتری از رفتار آبخوان ارائه می دهد. همچنین از نتایج اجرای مدل مشخص شد که ناحیه تغذیه کننده چاه ها، در فاصله ۱۰ کیلومتری شمال شهر تا ۷ کیلومتری جنوب شهر قرار دارد و زمان پیمایش از نواحی تغذیه تا همه چاه ها عموما کمتر از یک سال است.
میرعباسی و رهنما (۱۳۸۶) سطح آبخوان دشت سیرجان را با مدل Modflow شبیه سازی کردند و اثرات آن را بر سد تنگوئیه مورد ارزیابی قرار دادند. پارامترهای هدایت هیدرولیکی، ضریب ذخیره و میزان تغذیه با نرم افزار pest تخمین زده شد و سپس سطح ایستابی اندازه گیری شده و شبیه سازی شده مقایسه گردید. واسنجی مدل در یک دوره نه ساله و صحت یابی آن در یک دوره ۱۲ ماهه بوده و نتایج نشان داد که مقادیر سطح آب پیش بینی توسط مدل با مقادیر مشاهداتی از توافق خوبی برخوردارند و جذر میانگین خطا حدود ۹/۰ است. بر اساس نتایج حاصل از مدل، بیلان آب زیرزمینی دشت سیرجان قبل از احداث سد ۲/۱۲۷- میلیون مترمکعب در سال بوده که با احداث سد تنگوئیه و کاهش تغذیه آبخوان سیرجان از یک سو و همچنین افزایش برداشت آب زیرزمینی از سوی دیگر باعث شده که بیلان آب زیرزمینی در سال ۱۳۸۱ به ۹/۱۶۰- میلیون مترمکعب در سال برسد. چنانچه برداشت آب زیرزمینی به همین میزان ادامه یابد، علاوه بر کاسته شدن از ذخایر آب زیرزمینی، پیشروی جبهه آب شور خصوصا در مناطق مجاور کفه نمک سیرجان، افزایش خواهد یافت. برای مقابله با این بحران باید میزان برداشت سفره کاهش یابد تا بین تغذیه و تخلیه آبخوان تعادل برقرار شود. همچنین بیان شده است که از آنجایی که برداشت از این آبخوان بیشتر برای مقاصد آبیاری باغات صورت می گیرد می توان با توسعه روش های نوین آبیاری و افزایش راندمان مصرف آب، میزان برداشت از سفره را تا حد زیادی کاهش داد.